Первые атомные ядра в процессе нуклеосинтеза образовались менее чем через секунду после Большого взрыва. Сначала был нейтрон, потом он распался на протон и электрон, которые вместе сформировали атом простейшего водорода. Часть протонов объединилась с нейтронами, чтобы образовать ядра дейтерия – тяжелого, стабильного изотопа водорода. Это произошло уже на десятой секунде от появления пространства-времени, в котором мы существуем. А что же с литием?
Парадокс лития
Когда температура и плотность Вселенной до определенного предела снизились, исчезли высокоэнергетические протоны, которые нарушали протон-нейтронные связи. Все дейтроны разбились по парам и образовали ядра основного изотопа гелия. Шла уже 20-я минута от рождения Вселенной. И ее плотность упала настолько, что атомные ядра могли разгоняться до такой скорости, что при столкновении сливались. Некоторые укрупнения ядер дали более тяжелые элементы: изотопы лития с атомными массами 6 и 7 и бериллия с атомной массой 7. Последний распался и превратился в литий.
Все те первичные ядра, появившиеся после Большого взрыва, стали сырьем в недрах звезд для термоядерного синтеза. При этом все они расходовались, но только гелий и синтезировался из водорода, и расходовался, и образовывал более тяжелые элементы. Поскольку ученые не знали, какие реакции образовывал литий, все они считали, что его количество точно так же должно уменьшаться.
Тогда в космическом пространстве его должно быть очень мало, как, например, того же дейтерия. В более ранних звездах лития должно было содержаться больше, чем в тех, что сформировались позднее. Однако данные спектральных наблюдений показали, что все наоборот: концентрация лития выше в тех светилах, что моложе. Это и называется «проблемой лития» или «парадоксом лития».
Обогащенные
Ученые начали анализировать вещество космических лучей (атомные ядра, которые летят на огромных скоростях). Оказалось, что они могут при столкновении разбивать на осколки разных масс ядра других атомов. Там же было и некоторое количество лития, хотя и недостаточное для того, чтобы объяснить его существование. Но в 80-х годах прошлого века открыли гигантов, обогащенных литием.
Когда звезда солнечного типа завершает свой жизненный цикл, водород в ее недрах уже почти превратился в гелий. И она начинает разогреваться от запускаемого термоядерного синтеза и увеличиваться в размерах, превращаясь в красного гиганта. Астрономы знают достаточно много таких звезд, потому что они видны даже на больших расстояниях из-за своей высокой светимости.
Один процент красных гигантов содержит в своих недрах такую концентрацию лития, которая в сотни и даже тысячи раз превышает результаты расчетов по эволюции звезд. К примеру, звезда TYC 429-2097-1 имеет самый высокий уровень лития среди известных собратьев – 4,51, что выше стандартных значений в тысячу раз.
Собственное производство
Однако остается непонятным, какие процессы генерируют столько лития. Что известно точно, так это то, что эти процессы запускают в протозвездном газово-пылевом облаке, формирующем звезду, определенные тяжелые элементы. А когда красный литиевый гигант начнет превращаться в белого карлика, он сбросит свою внешнюю оболочку в окружающее пространство, то обогатит его литием.
Он, в свою очередь, станет одним из компонентов межзвездного вещества, и ему выпадет шанс стать частью следующего поколения звезд и планет. По ранее существовавшей гипотезе, высокая концентрация лития была результатом того, что какой-то внешний источник загрязнял им космическое пространство. Например, если бурый карлик или газовый гигант типа Юпитера столкнулись с не такой горячей или протозвездой.
Но пример TYC 429-2097-1, содержащей аномально высокое количество этого металла, показывает несостоятельность этой теории, поскольку во внешних источниках запас лития ограничен. Парадокс может разрешить только собственное производство лития.
Превращение
Ученые на основе собранных по TYC 429-2097-1 данных построили компьютерную модель, показавшую, какой процесс отвечает за такое количественное содержание лития. Синтез этого металла в недрах светила обуславливает механизм Кэмерона-Фаулера. Это происходит, потому что из гелия синтезируется атом бериллия там, где для лития температура слишком высока.
Конвекция выносит бериллий на поверхность, и он в более холодных условиях превращается в литий. Чтобы это произошло в звездных гигантах, необходимо более интенсивное перемешивание слоев. Разумеется, все полученные результаты требуют дополнительных наблюдений и исследований, прежде чем делать какие-то однозначные выводы об общих процессах формирования лития.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также: